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Artigo107-COMPORTAMENTO DE LAJES NERVURADAS DE CONCRETO COM ARMADURA CONVENCIONAL E TRELIÇADA

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COMPORTAMENTO DE LAJES NERVURADAS DE CONCRETO COM

ARMADURA CONVENCIONAL E TRELIÇADA

Jocinez Nogueira Lima (Ex-aluno do Curso de Mestrado em Estruturas da UnB)

Guilherme Sales Melo (Professor da Universidade de Brasília - UnB)

Eldon Londe Mello (Professor da Universidade de Brasília - UnB)

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental

Universidade de Brasília

70910-900, Brasília, DF, Brasil

RESUMO

São analisadas experimentalmente 06 (seis) faixas de lajes de concreto armado com seção em

forma de T, moldadas “in loco”, simplesmente apoiadas, submetidas a duas cargas

concentradas situadas no bordo superior, simulando lajes nervuradas, com o objetivo de se

investigar o comportamento desse tipo estrutura com dois tipos de armadura, convencional e

treliçada simples. As lajes têm seção “T”, com altura 15 cm, largura da mesa 75 cm e vão de

310 cm, e as principais variáveis consideradas são o tipo de armadura utilizada, convencional

(barras longitudinais e estribos verticais), treliçada (treliça simples), e a taxa de armadura

principal igual a 0,18, 0,21 e 0,23 %.

O tipo de ruptura das lajes não foi modificado para as taxas de armadura utilizadas na

pesquisa. A armadura longitudinal principal atingiu o escoamento e grandes flechas foram

observadas em todas as lajes ensaiadas, que atingiram o estado limite último por deformação

plástica excessiva, evidenciando um comportamento de seções sub armadas. As lajes com

armadura treliçada apresentaram um aumento de carga última em torno de 18% em relação às

lajes com armadura convencional.

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1 – INTRODUÇÃO

As constantes inovações e a tendência de racionalização na construção civil tem levado a uma

evolução dos processos construtivos, tornando-se oportuno o estudo e emprego dos diversos

tipos de laje nos edifícios, tendo em vista a obtenção de soluções otimizadas, no que diz

respeito à segurança e economia. O emprego de lajes nervuradas tem sido uma das soluções

empregadas nesse sentido.

As lajes nervuradas surgiram da necessidade de reduzir o peso próprio para vencer vãos

maiores, buscando um aumento da espessura total das lajes pela criação de vazios em um

padrão desejado. Pode-se formar então um sistema estrutural eficiente, composto por um

conjunto de nervuras dispostas em uma ou duas direções, usualmente com espaçamentos

regulares, solidarizadas por uma mesa de concreto. Elas podem ser totalmente moldadas “in

loco” ou possuírem parte das nervuras pré-fabricadas.

As lajes nervuradas moldadas “in loco” podem ser feitas em madeira, com blocos de baixa

densidade como fôrma perdida, ou com fôrmas metálicas ou de fibras de vidro, permitindo

um total reaproveitamento. Outra possibilidade é a utilização de lajes nervuradas com vigotas

pré-fabricadas. A figura 1 apresenta a laje nervurada estrutubo (BOCCHI Jr. 1995), enquanto

que a figura 2 apresenta os tipos mais comuns de armadura convencional utilizadas nas lajes

nervuradas moldada “in loco”. A figura 3 apresenta as características geométricas de uma

típica armadura treliçada, constituída de dois banzos inferiores ligados a um banzo superior

por diagonais de mesmo espaçamento, com altura H variando de 70 a 250mm, e comprimento

limitado pelo transporte.

bw

hf

Figura 1 - Laje nervurada estrutubo (BOCCHI Jr., 1995)

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A Tabela 1 apresenta um resumo das dissertações realizadas no Brasil sobre lajes nervuradas,

ressaltando-se as realizadas na USP (GASPAR, 1997), na UNICAMP (CAIXETA, 1998), e

na UnB (LIMA, 1999), nas quais foram realizadas pesquisas experimentais.

A R M A D U R A L O N G I T U D I N A L

E S T R I B O D E 1 R A M O

E S T R I B O D E 2 R A M O S

Figura 2 - Armadura convencional de flexão e cisalhamento das nervuras

BANZO SUPERIOR φ 6,0 a 12,5 mm

DIAGONAL SINUSOIDAL φ 3,4 a 6,0 mm

70 a 250 mm

90 a 100 mm BANZO INFERIOR φ 4,2 a 12,5 mm

200 mm

a

200 mm

a

90 a 100 mm a = passo do sinusóide

70 à

250

mmH

Figura 3 - Treliça simples

Este trabalho apresenta alguns dos resultados encontrados na dissertação de mestrado do

primeiro autor deste trabalho (LIMA, 1999), realizada sob orientação dos outros autores. O

principal objetivo da dissertação foi investigar o comportamento estrutural de lajes nervuradas

de concreto armado moldadas “in loco” com armadura convencional e treliçada simples, para

cargas de utilização e de ruptura. A principal motivação para a realização desta pesquisa foi

contribuir para o entendimento das lajes nervuradas moldadas “in loco”, pois a maior parte da

bibliografia disponível concentra-se no uso de armadura treliçada em lajes nervuradas pré-

fabricadas (BOTELHO, 1991; DINIS, 1988; FRANCA e FUSCO, 1995; LIMA, 1993;

MACHADO, 1983; PITTINI GROUP, 1993; VISSOTO, 1996). Este trabalho faz parte das

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linhas de pesquisa “Análise Experimental de Estruturas” e “Comportamento de lajes

convencionais e cogumelo, em concreto armado e protendido”, em desenvolvimento na UnB.

Tabela 1 - Dissertações realizadas no Brasil em lajes nervuradas

AUTOR / UNIVERSIDADE OBJETIVO

J. E. DI PIETRO (1993)

UFSC - SC

Determinar um roteiro para o projeto e execução delajes pré-moldadas com vigotes de concreto armado.

C. F. BOCCHI Jr. (1995)USP - SÃO CARLOS - SP

Determinar um roteiro para o projeto e execução daslajes nervuradas de concreto armado. Além de umestudo numérico para a obtenção dos esforçossolicitantes destas lajes.

J .U. A. BORGES(1997)USP - SÃO PAULO - SP

Determinar a influência de nervuras transversais e docapeamento de concreto na distribuição de flechasdas lajes nervuradas treliçadas armadas em umaúnica direção.

R. GASPAR (1997)USP - SÃO PAULO - SP

Analisar a segurança das lajes pré-fabricadastreliçadas na fase de construção.PARTE EXPERIMENTAL: Ensaiou seis vigotastreliçadas

D. P. CAIXETA (1998)UNICAMP - SP

Avaliar lajes pré-fabricadas com vigotas treliçadas.PARTE EXPERIMENTAL: Ensaiou quatro vigotastreliçadas, quatro vigas retangulares e seis “T”.

J. N. LIMA (1999)

Comportamento de dois tipos de armadura,convencional e treliçada simples.PARTE EXPERIMENTAL: Ensaiou 06 faixas delajes com seção “T” moldadas “in loco”.

2 – PROGRAMA EXPERIMENTAL

Foram ensaiadas até à ruptura seis faixas de lajes de seção “T”, isostáticas de vãos idênticos,

de 310 cm, sendo três delas com armadura convencional e três com armadura treliçada,

submetidas a duas cargas concentradas, aplicadas no bordo superior. A tabela 2 apresenta a

armadura utilizada, para as lajes “E” com armadura convencional na nervura (barras

longitudinais e estribos verticais), e para as lajes “T” com armadura treliçada (treliça simples)

na nervura. As figuras 4 e 5 apresentam o detalhamento da armaduras das lajes e a figura 6

apresenta as dimensões (em cm) das lajes ensaiadas.

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A N2

N1 - 18φ4.2 C = 310

N2- 32 φ 4.2 C/10 C =160N3 - ARMADURA PRINCIPAL -(VER TABELA 3.1)

UNIDADE: cmN4 - 32 φ 4,2 C/10 C=50

CORTE AA N1 N2

N3

N4

N1 310

AN1

13.5

9

9

74

3

N2

N3 10 10

3

5

310

Figura 4 - Detalhamento das lajes L1E, L2E e L3E

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N1 - 1φ 7 .0 C = 310N 2 - φ 4.2 C/20N 3 - 3 2 φ 4 .2 C/10 C = 160N 4 - 1 8 φ 4 .2 C = 310N 5 - A R M A D U R A P R I N C I P A L -( V E R T A B E L A 3 .1)

U N I D A D E : c m N 5

N 4 3 1 0

A

A

N 4

N 3

T R E L I Ç A - T R 1 2 7 4 5

C O R T E A A

N 3 N 4

74

N 3

3

5 m m

7 m m

4 . 2 m m

10 10 310 N 5

3

N 1

N 2

Figura 5 - Detalhamento das lajes L1T, L2T e L3T

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B’

CORTE AA’

4

11

11

15

75

20

290

20

11

4

15

15

75

B

A A’

CORTE BB’

15

Figura 6 - Dimensões das lajes L1E, L2E, L3E, L1T, L2Te L3T

Tabela 2 - Armaduras principal das lajes ensaiadas

LAJES φ ( mm ) ρ ( % )

L1E 4 φ 5.0 0,18

L2E 2 φ 5.0 + 2 φ 6.3 0,23

L3E 2 φ 5.0 + 1 φ 8.0 0,21

L1T 4 φ 5.0 0,18

L2T 2 φ 5.0 + 2 φ 6.3 0,23

L3T 2 φ 5.0 + 1 φ 8.0 0,21

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3 – RESULTADOS

Os resultados dos ensaios à tração dos aços, com os valores das tensões de escoamento (fy) e

de ruptura (fr), deformação correspondente ao início do escoamento (εεy) e módulo de

deformação (Es), estão apresentados na tabela 3.

Tabela 3 - Características dos aços utilizado nos ensaios

φφ (mm) fy fr εy (‰) Es (GPa) φφ (mm) fy fr εy (‰) Es (GPa)

5,0 750 870 5,2 232 6,3 720 873 5,2 227

5,0* 780 883 5,2 219 8,0 620 936 4,5 245

* Aço da armadura treliçada

A tabela 4 apresenta a carga de primeira fissura observada visualmente no ensaio (Pfv), a

carga de serviço obtida a partir da flecha l/300, máxima permitida pela NB-1/78 (Ps1), a carga

de serviço correspondente à carga ultima teórica minorada pelo coeficiente de segurança γf =

1,4 da NB - 1/78, e obtida com os valores das resistências dos materiais minorados pelos

coeficientes γs = 1,15 e γc = 1,4, respectivamente para aço e concreto (Ps2), e a carga última

experimental (PuEXP). Observa-se na tabela que as lajes com idade de até 28 dias fissuraram ao

serem transportadas para o local da execução do ensaio. Dentre as razões levantadas para esta

fissuração prematura está a proximidade da carga de fissuração do peso próprio da laje, como

mostrado na tabela 5. Os valores de Pft (carga de fissuração teórica), foram determinados a

partir da homogeneização da seção. Observa-se que o peso próprio representa parte

considerável da carga de fissuração (86% em média). Outra razão para a fissuração prematura

é a possibilidade de flexão e impacto da laje, ocorrido durante o transporte. A figura 7

apresenta graficamente o aumento de carga observado para as laje ensaiadas, em função da

taxa de armadura.

As figuras 8 e 9 apresentam gráficos carga x deformação na armadura longitudinal, medidas

no centro do vão, para a laje L1E (extensômetros nas barras de 5,0 mm), e para as lajes L1T,

L2T e L3T (com armadura treliçada), respectivamente. Observa-se claramente escoamento no

extensômetro 3 (figura 8), e para os três extensômetros mostrados para as lajes com armadura

treliçada (figura 9).

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Tabela 4 - Carga de fissuração, de serviço e última das lajes

LAJE ENSAIO

(dias)

ρ

(%)

fcc

(MPa)

fct

(MPa)

Pfv

(kN)

Ps1

(kN)

Ps2

(kN)

PuEXP.

(kN)

L1E 31 0,18 32,0 1,8 2,0 5,8 7,4 13,0

L2E 33 0,23 32,6 2,8 2,0 6,4 9,5 15,0

L3E 27 0,21 32,6 2,2 0,0* 6,1 8,4 13,0

L1T 28 0,18 31,0 2,7 0,0* 6,2 7,4 13,3

L2T 24 0,23 24,0 2,4 0,0* 7,3 9,5 18,5

L3T 26 0,21 33,0 3,3 0,0* 6,8 8,4 15,8

* fissura observada durante o transporte da viga

Tabela 5- Cargas de fissuração visual e teórica (Estádio I)

LAJE Idade(dias)

ρ (%) fct (MPa) Pfv(kN) Pft kN) Pp (kN) Pp/Pft

L1E 31 0,18 1,8 2,0 2,1 2,4 1,14L2E 33 0,23 2,8 2,0 3,1 2,4 0,77L3E 27 0,21 2,2 0,0 2,5 2,4 0,96L1T 28 0,18 2,7 0,0 3,2 2,4 0.75L2T 24 0,23 2,4 0,0 3,0 2,4 0,80L3T 26 0,21 3,3 0,0 4,0 2,4 0,60

Pfv - carga de fissuração visual; Pft - carga de fissuração teórica; Pp - peso próprio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

Taxa de armadura (%)

Car

ga d

e ru

ptur

a (k

N)

L1T

L2T

L3T

L1E

L2E

L3E

Figura 7 - Aumento da carga de ruptura em função da taxa de armadura

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Nas figuras 10 e 11 estão mostrados gráficos carga x deformação no concreto, na seção

central da laje L1E, para seis pontos na face inferior e superior da mesa de concreto (figura

10), e para os pontos do bordo superior mais solicitados, para as lajes L1E a L3E (figura 11).

Observa-se um encurtamento máximo igual a 1,7‰, distante do esmagamento do concreto.

0123456789

1011121314

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Deformação ( ‰ )

Car

ga to

tal (

kN

)

E1

E2

E3

E4Pu = 13,0 kN

εε y = 5,2‰ (5,0 mm)

A

BE1, E2, E3, E 4 (5,0 mm)

Figura 8 - Gráfico carga x deformação da armadura longitudinal da laje L1E.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Deformação (‰)

Car

ga to

tal (

kN) E3 (5,0 mm) - L1T

E4 (6,3 mm) - L2T

E4 (8,0 mm) - L3T

Figura 9 - Gráfico carga x deformação armadura longitudinal (seção central) - L1T a L3T

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O gráfico carga x flecha na seção central de todas as lajes ensaiadas (L1E, L2E, L3E, L1T,

L2T e L3T) está mostrado na figura 12, apresentando grandes flechas próximo a ruptura para

todas as lajes, evidenciando um comportamento de lajes subarmadas, que atingiram o seu

estado limite último por deformação plástica excessiva.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

-0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1Deformação ( ‰ )

Car

ga to

tal (

kN

)

E1

E2

E3

E4

E5

E6

Pu = 13,0 kN

E 1 E 3 E 4

E 6

E 5

E 2

Figura 10 - Gráfico carga x deformação do concreto na seção central da laje L1E

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-2 -1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0

Deformação (‰)

Car

ga

tota

l (kN

)

E3 - L1E

E3 - L2E

E4 - L3E

Figura 11 - Gráfico carga x deformação do concreto na seção central, na face superior damesa das lajes com armadura convencional, L1E, L2E e L3E

Page 12: Artigo107-COMPORTAMENTO DE LAJES NERVURADAS DE CONCRETO COM ARMADURA CONVENCIONAL E TRELIÇADA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Flecha ( mm )

Car

ga to

tal (

kN

)L1T (0,18%)

L1E (0,18%)

L2T (0,23%)

L2E(0,23%)

L3T (0,21%)

L3E (0,21%)

Figura 12 - Gráfico carga x flecha na seção central de todas as lajes ensaiadas (L1E, L2E,

L3E, L1T, L2T e L3T)

Algumas comparações entre flechas estimadas e observadas nos ensaios são apresentadas nas

tabelas 6 a 8, com o objetivo de se avaliar a precisão destas estimativas. A primeira

comparação, na tabela 6, é realizada entre a flecha estimada no Estádio I (fest,k(tot)I - coluna 2),

e no Estádio II (fest,k(tot)II - coluna 3), para a carga de serviço total, e a flecha observada fobs,k(tot)

para a carga característica qk(tot) utilizada no projeto, minorada pelos coeficientes de segurança

da NB-1/78. Observa-se que as flechas obtidas nos ensaios são em média 6,26 e 1,44 vezes

maiores que as flechas estimadas quando se utilizam os estádios I e II, respectivamente,

indicando que o valor da inércia utilizada no Estádio II está acima do real.

A tabela 7 apresenta uma comparação entre a flecha fest,k(sc)I estimada no Estádio I, a flecha

fest,k(sc)II estimada no Estádio II, e a flecha observada para a sobrecarga característica qk(sc)

utilizada no projeto. Observa-se que as estimativas com o Estádio I estão, obviamente, longe

da flecha observada (4,47 vezes superior), as estimativas do Estádios II estão, para este caso,

com uma precisão excelente (em média 2% maiores). A figura 13 apresenta o gráfico flechas

observadas / flechas estimadas (Estádio II), versus flechas médias estimadas e observadas

(Estádio II), mostrando a evolução destas flechas em função do carregamento considerado.

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Tabela 6 - Flechas estimadas e observadas, para a carga de serviço qk(tot) (pp + rev + scarga)

LAJE fest,k(tot)I

(mm)fest,k(tot)II

(mm)fobs,k(tot)

(mm)fobs,k(tot) /fest,k(tot)I

fobs,k(tot) /fest,k(tot)II

L1E 2,05 10,0 14,8 7,22 1,48L2E 2,58 10,0 17,8 6,90 1,78L3E 2,26 9,8 15,5 6,85 1,58L1T 2,10 10,3 11,90 5,60 1,15L2T 2,76 10,7 15,30 5,54 1,42L3T 2,46 10,7 13,5 5,48 1,26

Média 6,26 1,44fest,k(tot)I - flechas estimadas no estádio I para a carga característica de projeto qk(tot);fest,k(tot)II - flechas estimadas no estádio II para a carga característica de projeto qk(tot);fobs,k(tot) - flechas observadas para a carga característica qk(tot) utilizadas no projeto

Tabela 7 - Flechas estimadas e observadas para as sobrecargas de projeto qk(sc)

LAJE fest,k(sc)I

(mm)fest,k(sc)II

(mm)fobs,k(sc)

(mm)fobs,k(sc)

/fest,k(sc)I

fobs,k(sc) /fest,k(sc)II

L1E 0,91 4,46 3,12 3,42 0,70

L2E 1,44 5,62 7,8 5,41 1,38

L3E 1,13 4,89 5,4 4,78 1,10

L1T 0,90 4,45 4,99 5,54 1,12

L2T 1,54 6,00 6,1 3,96 1,01

L3T 1,24 5,42 4,6 3,71 0,85

Média 4,47 1,02

fest,k(sc)I - flechas estimadas no estádio I para a sobrecarga qk(sc) utilizada no projeto;fest,k(sc)II - flechas estimadas no estádio II para a sobrecarga qk(sc) utilizada no projeto;

fobs,k(sc) - flechas observadas para a sobrecarga qk(sc) utilizadas no projeto

4 – CONCLUSÕES

Essas conclusões são baseadas em um pequeno número de ensaios, e as lajes foram ensaiadas

isoladamente, situação mais desfavorável que a real, no caso de painéis de laje, que contam

com as lajes solidarizadas, e que conferem uma maior rigidez ao conjunto.

Page 14: Artigo107-COMPORTAMENTO DE LAJES NERVURADAS DE CONCRETO COM ARMADURA CONVENCIONAL E TRELIÇADA

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

7 9 11 13 15 17 19 21 23

Flechas médias estimadas (est. II) e observadas

Fle

cha

obse

rvad

a / F

lech

a es

timad

a (e

st. I

I)

qs(l/300)

qk(tot.)

qs(qu/1,4)

qs(l/300)

qk(tot.)

qs(qu/1,4)

Obse rvadas

Estimadas (e st. II)

Figura 13 - Gráfico flechas médias estimadas e observadas x flecha observada/flecha

estimada (Estádio II), para as cargas de serviço qk(tot) e qs(l/300)

O comportamento das fissuras de flexão, de modo geral, não sofreu modificações em função

do tipo de armadura e da taxa utilizada. As fissuras localizaram-se quase que exclusivamente

na nervura e surgem logo nos primeiros níveis de carregamentos. As fissuras na mesa

aparecem somente para níveis de carregamentos próximos ao de ruptura. As estimativas para

as cargas de fissuração a partir da homogeneização da seção apresentaram bons resultados.

As lajes com armadura treliçada apresentaram um aumento de carga última médio em torno

de 18% em relação às lajes com armadura convencional, mas o tipo de ruptura das lajes não

foi modificado em função do tipo de armadura e das respectivas taxas. Um aumento de 15%

foi constatado na carga última das lajes com armadura convencional, quando se passou de

0,18% (L1E) para 0,23% (L2E). Nas lajes com armadura treliçada o aumento de carga de

ruptura com a taxa de armadura foi mais expressivo (cerca de 39%) para um aumento de 28%

na taxa de armadura flexão da laje (laje L2T (0,23%), em relação a laje L1T (0,18%). Para a

carga de serviço também constatou-se um comportamento superior para as lajes treliçadas em

relação às lajes com armadura convencional.

Page 15: Artigo107-COMPORTAMENTO DE LAJES NERVURADAS DE CONCRETO COM ARMADURA CONVENCIONAL E TRELIÇADA

As grandes flechas observadas próximo a ruptura, e o escoamento da armadura em todas as

lajes evidenciaram um comportamento de lajes subarmadas, que atingiram o seu estado limite

último por deformação plástica excessiva. As lajes com armadura treliçada mostraram-se mais

rígidas que as lajes com armadura convencional. As deformações máximas observadas para o

concreto estavam longe ainda dos encurtamentos esperados para o esmagamento do concreto

(máximas de 1,7 ‰ para as lajes L3E e L2T). De uma maneira geral, para mesmos níveis de

carga, maiores deformações no concreto foram observadas para lajes com armadura

convencional.

As estimativas para as flechas no Estádio I e II, como esperado, pioram a medida que se

aumenta o nível de carregamento e que diminui a inércia das lajes, em função da fissuração e

do escoamento da armadura. As flechas obtidas nos ensaios são em média 6,3 e 1,4 vezes

maiores que as flechas estimadas quando utilizam-se os Estádios I e II respectivamente, para a

carga de serviço característica total (pp + rev + scarga). No caso somente da sobrecarga a

utilização do Estádio II leva a flechas entre 70% (L1E) a 138% (L2E) das flechas observadas,

com uma média de 102%, indicando que neste caso o valor utilizado para a inércia está mais

próximo da real.

Outros resultados dos ensaios realizados, em conjunto com outras comparações e análises

estão apresentadas em LIMA (1999).

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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